Original paper

Bedeutung des Bodenskeletts für die Verlagerung und Verteilung von gelösten Stoffen in einer Rendzina

[The Significance of the Soil Skeleton on the Displacement and Spatial Distribution of Solutes in a Renzina]

Schulin, Rainer; Selim, H. M.; Flühler, Hannes

Kurzfassung

Bei makroskopischer Betrachtung des Stofftransports im Boden bedeutet Konvektion die Verlagerung eines gelösten Stoffes mit dem lokalen Durchschnitt der mikroskopischen Fließgeschwindigkeiten der Bodenlösung. Die Abweichungen der mikroskopischen Fließgeschwindigkeiten von ihrem lokalen Durchschnittswert ist die physikalische Ursache makroskopischer Dispersion. In dieser Arbeit wird am Beispiel zweier Rendzina-Monolithen der Einfluß eines hohen Skelettgehaltes auf die Verlagerung und räumliche Verteilung konservativer Tracer-Substanzen (Tritium und Bromid) bei gleichmäßigem ungesättigtem Fluß untersucht. Es ergibt sich, daß die klassische Konvektions-Dispersions-Gleichung, welche die hydrodynamische Dispersion durch ein verallgemeinertes "Fick'sches" Gesetz beschreibt, den Verlauf der experimentellen Durchbruchskurven nicht vollständig erklären kann. Ein Teil der Bodenlösung scheint praktisch immobil und vom konvektiv-dispersiven Stofftransport abgeschnitten zu sein. Die räumliche Verteilung der Tracer in Bezug auf das Skelett spricht für die Hypothese, daß sich in diesem Sinne "immobiles" Wasser teilweise im Strömungsschatten großer Steine befindet.

Abstract

On the macroscopic level of soil solute transport convection is the displacement of solutes with the local average velocity of the soil solution. The deviations of the microscopic fluid velocities from the local average velocity is the physical cause of macroscopic dispersion. In this paper the significance of a high stone content on the displacement and spatial distribution of conservative tracers (tritium and bromide) under steady unsaturated flow was studied for two monolithic Rendzina columns. It was found that the classical convection-dispersion equation based on a generalized Fick's law of hydrodynamic dispersion cannot completely account for the shape of the experimental breakthrough curves. It appears that part of the soil solution was effectively immobile and inaccessible to convective-dispersive solute transport. The spatial distribution of the tracers relative to the soil skeleton indicated that part of this "immobile" water was located in dead zones underneath large stones.

Keywords

Mathematical modelsexperimental studiessoilsrendzinasleachingspatial distributionsolutioncolor tracersradioactive tracersisotope geochemistrytritiumbromide